養(yǎng)殖廢水的資源化綜合利用探討

劉晟，高繡紡，徐善新

（1.長江大學地球環(huán)境與水資源學院，湖北武漢430100；2.安慶市山泉水生蔬菜研究所，安徽安慶246000）

養(yǎng)殖廢水的資源化綜合利用探討

劉晟1，高繡紡1，徐善新2

（1.長江大學地球環(huán)境與水資源學院，湖北武漢430100；2.安慶市山泉水生蔬菜研究所，安徽安慶246000）

養(yǎng)殖廢水是引起水生態(tài)環(huán)境污染的重要因素之一，具有水量及污染負荷大等特點，造成了巨大的環(huán)境壓力。養(yǎng)殖廢水作為污染源，常常是處理達標后加以排放，并未重視其資源化利用。因此如何有效利用養(yǎng)殖廢水，并且提高其利用率是對其資源化利用研究的主要內容之一。闡述了養(yǎng)殖廢水的污染現狀，討論了廢水的組成及相應的處理和利用方法，探討了養(yǎng)殖廢水資源化利用的幾種方式，并對養(yǎng)殖廢水的資源化利用前景進行了展望。

養(yǎng)殖廢水；資源化；綜合利用

隨著人們對肉類、蛋類、禽畜、水產等農產品的需求日益增大，我國動物源食品產量年均增速高達7.6%［1］。養(yǎng)殖業(yè)產生的廢水含有大量污染物，若處理不達標并隨意排放會對環(huán)境帶來不可忽視的危害。研究表明，農田、農村畜禽養(yǎng)殖和城鄉(xiāng)結合部地帶的生活排污是造成流域水體氮、磷富營養(yǎng)化的主要原因，其貢獻大大超過來自城市地區(qū)的生活點源污染和工業(yè)點源污染［2］。因此，在大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)的同時，資源化利用既能保證良好的生態(tài)環(huán)境，又能改變傳統的養(yǎng)殖廢水只有進行污染治理才能達到效果的思維觀念。所以，資源化利用是一種有效和環(huán)保的全新模式，不僅提高了資源利用率，維持生態(tài)平衡和生態(tài)系統的良性循環(huán)，又獲得較大的經濟效益和良好的生態(tài)效益。

據調查顯示，我國養(yǎng)殖廢水中主要污染物的排放量已經遠遠超過工業(yè)廢水和農業(yè)污水排放量，是導致水體富營養(yǎng)化的主要原因。從最近5年養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展及養(yǎng)殖廢水排放與處理效果來看，如果不采取強有力的措施，會進一步加劇環(huán)境惡化，最終導致生態(tài)系統的弱化或衰竭。

1 養(yǎng)殖廢水處理技術

隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，其養(yǎng)殖方式已經從傳統的分散養(yǎng)殖轉變?yōu)榧s化和規(guī)?；B(yǎng)殖，這種大規(guī)模的生產必然會產生大量的廢水、畜禽尿液和糞便等污染物，若未經處理直接排放，經地表徑流和滲濾進入自然水體后，極有可能造成地表水和地下水的污染，破壞生態(tài)環(huán)境。

1.1 養(yǎng)殖污染物的組成部分

根據養(yǎng)殖類型的不同，養(yǎng)殖業(yè)可分為家畜、家禽和水產養(yǎng)殖，其產生的廢水也有各自的特點。

（1）家禽養(yǎng)殖：主要有家雞、鴿等陸禽和鴨、鵝等水禽，污染物的主體為固體廢棄物，包括羽毛、孵化廢棄物（胚蛋和蛋殼）、圈舍墊料廢棄物等。

（2）家畜養(yǎng)殖：主要有豬、牛、羊、馬、駱駝等，污染物中的糞便已經利用，余下的多為液體廢水，特點是糞尿排泄量和欄舍沖洗水量大、惡臭重，極易導致圈舍環(huán)境惡化。

（3）水產養(yǎng)殖：主要有魚、蝦、蟹、貝等，污染源主要來自于養(yǎng)殖生物排泄物、殘余餌料，它們大部分以懸浮態(tài)大顆粒形式存在。

養(yǎng)殖廢水的氨氮、有機物含量高，排放到水體中會導致富營養(yǎng)化，破壞水環(huán)境的生態(tài)平衡，導致水體自我凈化功能退化，甚至喪失。

1.2 養(yǎng)殖廢水的處理技術

由于畜禽養(yǎng)殖廢水的有機物濃度過高，且常常與畜禽糞便、殘留飼料和獸藥等固體污染物混合在一起，在廢水處理之前，需要進行一定的預處理。傳統處理方式主要包括預處理和物理、化學等組合方式。通過預處理可使廢水污染物負荷降低，同時防止大的固體或雜物進入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，造成設備的堵塞或破壞［3］，常用格柵、沉淀池、篩網等，還有分離機、壓濾機等機械分離設備。

傳統處理方式往往是處理后達標排放，但是其設施建設成本大、運行費用高。而目前使用較多的處理方法是綜合利用，它是在資源循環(huán)利用的基礎上，強調生態(tài)農業(yè)，探索可持續(xù)發(fā)展道路。

1.2.1 家禽養(yǎng)殖廢水處理

家禽養(yǎng)殖廢水處理，有以下幾個不同內容的廢棄物需要處理，處理方式分別如下。

（1）糞便利用：主要有3種方式，一是肥料化處理，通過堆肥、干燥處理后，將糞便轉化為優(yōu)質肥料或飼料；二是飼料化處理，雞糞中含有豐富的蛋白質，經過一定的預處理后，可被牛、羊等反芻家畜消化吸收；三是發(fā)酵化處理，通過微生物厭氧發(fā)酵，將糞便中的有機物轉化為沼氣，發(fā)酵產物還能再次利用。

（2）孵化廢棄物利用：蛋殼中鈣含量高，經高溫消毒、干燥、粉碎后用于飼料加工，也可作為營養(yǎng)添加劑，提高飼料的利用率。

（3）廢墊料利用：墊料經陽光曝曬、干燥，同時翻耙去除氨氣和硫化氫等有害氣體，處理后再次重復利用；或者直接焚燒，產生的能量用于發(fā)電。

（4）家禽羽毛利用：主要成分是角蛋白，富含動物必需的多種氨基酸，是良好的蛋白質來源。目前的做法是提取羽毛角蛋白后，用于動物飼料，或制成角蛋白膜材料、角蛋白纖維復合材料，現在這方面的研究相對不足。

1.2.2 家畜養(yǎng)殖廢水處理

按照原理可分為自然處理法、物理化學法以及生化法。

（1）自然處理法，主要有土壤處理法、生物氧化塘法、人工濕地等。

（2）物理化學法，主要有固液分離、氣浮分離、混凝法、電化學法、沸石吸附、鳥糞石化學沉淀法。

（3）生化法的厭氧處理法，主要有厭氧污泥床（UASB）、厭氧序批式反應器（ASBR）、厭氧復合反應器（UBF）、內循環(huán)厭氧反應器（IC）等；生化法的好氧處理法，主要有A/O工藝、活性污泥法、生物轉盤、生物濾池、生物接觸氧化、序批式活性污泥等。

1.2.3 水產養(yǎng)殖廢水處理

（1）物理處理技術：這是研究較多、應用較廣的處理方法，包括養(yǎng)殖水體的過濾、吸附、沉淀、曝氣、紫外線殺菌等過程，處理效果較好的有機械過濾和泡沫分離技術。

（2）化學處理技術：添加化學消毒劑、抗生素、臭氧等，其中使用較多的是臭氧，臭氧具有很強的氧化性，可以有效地去除氨氮，同時自身分解后可以增加水中溶解氧。

（3）生物處理技術：利用微生物分解、代謝和植物的吸收、過濾等作用，降解水體中有機物和營養(yǎng)物質。主要有生物膜法、人工濕地、固定化菌藻、微生物制劑等。

2 養(yǎng)殖廢水的資源化利用

資源化綜合利用是將廢棄物首先從資源循環(huán)利用的角度考慮，最大限度的資源化是其重要特點［4］。與傳統方式不同的是，它從生態(tài)環(huán)境保護的角度出發(fā)，以提高資源利用率為核心，達到資源利用的最大利益化，通過構造一種新的生態(tài)系統，以此來解決人類所面臨的資源、環(huán)境和健康問題。目前，發(fā)達國家在環(huán)境保護的基礎上更加注重資源循環(huán)利用，通過技術更新，對污染物中的可利用資源進行再利用和資源化，提高其利用率。

2.1 沼氣、沼液、沼渣的綜合利用

沼氣是養(yǎng)殖廢水在厭氧條件下，經過微生物的發(fā)酵作用而產生的混合氣體，其中甲烷占沼氣總量的55%～70%，其余為二氧化碳和少量的氫氣、氮氣、硫化氫等。沼氣具有很高的熱值，主要用于發(fā)電、炊事燃料等［5］，可以為農村提供生物燃料。沼氣綜合利用是指將有機廢棄物（人畜糞便、作物秸稈、樹葉雜草等）經沼氣池厭氧發(fā)酵后，所產生的沼氣、沼渣、沼液作為下一級生產活動的原料、肥料、飼料、添加劑和能源［6］。

沼液是經長時間厭氧發(fā)酵而形成的，因此它含有多種植物生長所需的養(yǎng)分，比普通化學肥料高10倍以上。而其水質特性極易被植物吸收，既有速效性，又兼具緩效性，而且使用過多也不會燒苗，是一種高效的生物有機肥料。沼液主要用于肥料、浸種、防治病蟲害等。

沼渣富含有機質、腐殖質和微量元素，其中部分未分解的原料和微生物菌體，施入農田會繼續(xù)發(fā)酵，釋放肥分。沼渣主要用于農作物生產或苗木生產的基肥，還可用于生產食用菌、養(yǎng)魚、養(yǎng)蚯蚓等。

養(yǎng)殖廢水經過厭氧發(fā)酵后，其產生的沼氣、沼液、沼渣是優(yōu)質的可再生資源，而且減少了二氧化碳排放量，又能產生一定的經濟效益，有利于建設生態(tài)農業(yè)、循環(huán)農業(yè)，是發(fā)展綠色養(yǎng)殖業(yè)的有效途徑。

2.2 處理水的農田回用

養(yǎng)殖廢水經適當的處理后回用于農田，是普遍的作法。由于農業(yè)耕作需用氮磷鉀等營養(yǎng)物質，經過一定處理后用于灌溉，既促進了作物生長，提高土壤肥力和農作物產量，又緩解了農業(yè)用水緊缺，提高水資源利用率。周元等［7］利用養(yǎng)殖肥水灌溉稻田，發(fā)現稻田對養(yǎng)殖肥水中的營養(yǎng)物質具有明顯的吸收效果，尤其對NO3--N和TP的吸收率較高。喬冬梅等［8］利用養(yǎng)豬廢水灌溉冬小麥-土壤系統進行研究，結果表明灌水定額為900 m3/hm2，有利于產量的增加，灌水定額為600 m3/hm2有利于水分利用效率提高。杜臻杰等［9］研究了豬場廢水灌溉對夏玉米生長影響，豬場廢水高灌（900 m3/hm2）、低水平施肥（30 kg/hm2）處理不僅節(jié)約肥料，而且能夠保障產量。但是，長期的污水灌溉會使植物體內積累過多的鹽分、營養(yǎng)物質和重金屬，導致作物產量下降［10］。因此，如何科學地灌溉、采用何種灌溉方式以及污水灌溉對植物和土壤影響因素分析，這方面的研究還要進一步開展。

2.3 生物協同方式的資源化利用

現在所述的資源化綜合利用，一般是指在水生植物、水生動物、微生物以及環(huán)境因子的共同作用下，其利用植物的分解、吸收，以及根部吸附的浮游動植物及微生物群落的協同作用，達到養(yǎng)殖污水的分解處理目的。同時，利用富營養(yǎng)化污染物作為資源進行綜合利用，所生產的物質具有進一步的經濟利用價值。

2.3.1 水生植物協同利用

植物是重要的組成部分，它通過吸收、吸附和富集作用去除污染物，同時可以輸送氧氣至根區(qū)，為微生物提供了適宜的生長環(huán)境，還能增強和維持介質的水力傳輸。何江等［11］利用西洋菜凈化養(yǎng)豬廢水，實驗結果表明，西洋菜凈化養(yǎng)豬廢水的能力較強，20d試驗期CODCr，NH4+-N，PO43--P，BOD5去除率分別為87.0%～92.7%，93.7%～98.8%，62.5%～73.3%，88.0%～94.3%。李文祥等［12］在養(yǎng)殖水體中栽培水蕹菜，結果表明水蕹菜對TN，TP的去除率分別為30.02%，21.68%，明顯高于對照組?，F在水生植物已經有了更廣泛的用途，有些植物（比如水蕹菜、水芹、西洋菜等）可以作為蔬菜食用，還有些植物（比如美人蕉、馬蹄蓮、睡蓮、荷花、西伯利亞鳶尾等）具有一定的觀賞性，在凈化水質的同時帶來了經濟效益和美學價值，形成了良好的生態(tài)景觀。

2.3.2 微生物協同利用

微生物是對污染物進行吸附和降解的主要生物群體和承擔者［13］，它在物質循環(huán)過程中往往起核心作用，最先對污染物降解和轉化，還可以吸附一些營養(yǎng)成分供給自身生長和代謝。目前研究較多的是有益微生物菌群（EM），它是以光合細菌、乳酸菌、酵母菌和放線菌為主的微生物復合而成的一種微生活菌制劑。EM菌原液滲入水體后，能殺死或抑制病原微生物和有害物質，調整養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，增加水中溶氧量，保持養(yǎng)殖水體的生態(tài)平衡，已經用于修復污染水體的實踐中。孟睿等［14］進行芽孢桿菌與硝化細菌凈化水產養(yǎng)殖廢水的試驗研究，結果表明枯草芽孢桿菌和地衣芽孢桿菌可以降低廢水的COD和NO2--N濃度，COD去除率分別為67.97%，70.16%，NO2--N去除率分別為99.28%，99.51%；硝化細菌可以將廢水NH4+-N和NO2--N的濃度降低到0.6 mg/L以下，去除率分別為99.38%，81.44%。陳繁忠等［15］利用光合細菌處理養(yǎng)豬場污水，結果表明：CODCr，NH4+-N，NO2--N，S2-的平均去除率分別達到89.3%，80.1%，90.6%，82.4%；水中光合細菌數從580個/mL增加到4.8×104個/mL，達到了廢水資源化的目的。

2.3.3 水生動物協同利用

水生動物有促進有機物的分解轉化的生態(tài)功能［16］，作為生態(tài)系統的消費者構成了完整的生物鏈，為浮游植物的大量生長提供有利條件，為魚類和鳥類提供食物，改善水質。利用水生動物對水體中營養(yǎng)物質的吸收來凈化污水，目前是一種簡單、有效的方法。其原理是通過改變植食性浮游動物的群落結構，來提高大型浮游動物的濾食效率，進而降低藻類生物量，提高水體透明度，改善水質。浮游動物通過攝食懸浮有機碎屑、細菌以及藻類等浮游植物，來達到改善水質的目的［17］。孟順龍等［18］在富營養(yǎng)化湖泊中放流河蚌、螺螄、鰱、鳙等濾食性動物，對提高水體透明度、降氮、除磷具有很好的效果。

2.3.4 菌藻共生系統

藻類是一類在陸地、海洋分布廣泛、營養(yǎng)豐富、光合利用度高的自養(yǎng)生物，將藻類與細菌等微生物結合起來，利用藻類和細菌之間的生理協同作用，構成藻類和細菌的共生系統，用來凈化養(yǎng)殖廢水。藻類通過光合作用利用水中的CO2，NH4+，PO43-等營養(yǎng)物質，合成自身細胞物質并釋放出O2，好氧細菌則利用水中O2對有機污染物進行分解、轉化，產生CO2和上述營養(yǎng)物質，以維持藻類的生長繁殖，如此循環(huán)往復，實現養(yǎng)殖廢水的生物凈化作用。

可見，生物協同方式的資源化利用是生態(tài)系統中植物、動物、微生物及藻類等組成成分共同促進的結果，這些組分之間既有相互促進，也相互影響，在生物協同作用下實現養(yǎng)殖廢水的資源化利用。

3 展望

進入21世紀以來，人們的生態(tài)環(huán)境保護意識逐漸提高，對于改善居住環(huán)境的愿望也越來越強烈。通過養(yǎng)殖廢水的資源化綜合利用，既能緩解日益嚴重的環(huán)境污染問題，又產生了一定的經濟效益，促進了資源循環(huán)利用。但是，應該看到的是，養(yǎng)殖業(yè)的迅速發(fā)展一方面帶動了農業(yè)經濟，另一方面也對環(huán)境造成了極大的危害，養(yǎng)殖廢水已經成為生態(tài)環(huán)境的重要污染源，治理難度非常大。因此，養(yǎng)殖廢水的資源化利用，是在傳統的污水治理基礎上，更加重視其綜合利用，將廢水的資源化綜合利用與農業(yè)經濟生產、生態(tài)環(huán)境保護有機結合起來，既促進了生產，又保護了生態(tài)環(huán)境，是一條良性循環(huán)發(fā)展的新道路。

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Discussion on resource utilization of livestock wastewater

LIU Sheng1，GAO Xiufang1，XU Shanxin2
（1.School of Earth Environment and Water Resource，Yangtze University，Wuhan 430100，China；2.Institute of Mountain Spring Aquatic Vegetables，Anqing 246000，China）

Livestock wastewater is one of the important factors of ecological environment pollution，which is characterized by high quantity and pollution loading，and has brought enormous pressure on the environment.Livestock wastewater always is discharged after proper treatment as pollution sources.So its resource utilization has not been valued.Therefore，how to effective and efficient using the livestock wastewater，and improving their utilization rate is one of the main content on utilization of its resources.This paper describes the current status of aquaculture wastewater pollution；discusses the composition and the corresponding treatment and utilization method；different ways of its resource utilization-resource；several ways of resource utilization；finally，the future of livestock wastewater resource utilization is prospected.

livestock wastewater；resource；comprehensive utilization

X703

A

1674-0912（2015）11-0034-04

2015-10-23）

國家自然科學基金項目（41371464）；湖北省科技攻關計劃項目（2011BFA023）

劉晟（1990-），男，碩士研究生，研究方向：生物與環(huán)境地球化學。